[发明专利]用于从半导体废水中同时沉淀多种金属离子以提高微滤器工作效率的合成物和方法

说明书

发明领域

本发明通常涉及废水处理领域，更具体地说，本发明涉及一种用于从半导体废水中同时沉淀多种金属离子以提高微滤器工作效率的合成物和方法。

发明背景

直到开发了铜的互连技术以后，才从半导体厂生产多层微芯片的废水中发现了铜。由于铜的电阻率较低，因而目前铜正在替代铝和钨。在生产多层芯片的过程中，有许多步骤，其中包括：沉积介电层(二氧化硅或者低k聚合物)，在上述介电层上蚀刻互连图案(沟槽和通路)，在上述沟槽和通路中沉积金属铜，以及化学机械抛光(CMP)，除去多余的铜，并在形成下一层芯片之前，产生一个水平面。化学机械抛光要利用抛光台和专用的抛光浆，抛光浆中含有如氧化铝的研磨固体，如过氧化剂的氧化剂，如柠檬酸盐的螯合试剂，以及如抗腐蚀剂的其它添加剂。由此导致废水中含有螯合铜、氧化剂、添加剂以及研磨固体。当废水中研磨固体的浓度为200-5000mg/l时，这种废水就不同于通常来自电镀厂的含金属废水。

来自微芯片加工中的金属化学机械抛光步骤的废水水质可以有很大的变化，这取决于化学机械抛光原浆的组分，以及化学机械抛光器具的设计工作参数。在抛光过程中，原浆会被漂洗水稀释。漂洗水的用量决定了废水中金属以及研磨固体的含量。

已经有几种聚合物用来处理这种含有过渡金属配合物，如铜-乙二胺四乙酸(EDTA)的废水，由此得到金属—聚合物的固体沉淀。这些聚合物都含有能与二硫化碳发生反应，从而在聚合物主链上生成二硫代氨基甲酸盐(DTC)的胺官能团。如美国专利US5,164,095所述，其中的一种聚合物是二硫化碳改性的二氯化乙烯—氨缩聚物。该专利公开的这种聚合物是一种低分子量的多支链物质。其它适合用二硫化碳改性的聚合物主链包括美国专利US5,387,365所述的聚氮丙啶(PEI)，美国专利US4,670,160和5,500,133所述的表氯醇和多官能团胺的缩聚物，以及欧洲专利EP 0 581 164A1提出的聚烯丙胺聚合物。然而，除了这些已知的聚合物以外，仍然需要新的含有DTC官能团的聚合物，这些聚合物不仅能有效地处理废水，而且还具有其它希望的性质，如产物的杂质(例如，有毒且有恶臭味的硫化钠)含量低，易于生产(例如，避免二氯化乙烯中含有气态氨，PEI中含有azerideine)，并且能改进固/液分离性能。

美国专利US5,346,627描述了利用含有DTC官能团的聚合物，处理含有可溶性金属的废水，随后在包括微滤器在内过滤装置中除去沉淀固体的方法。然而，该专利没有描述使用这种聚合物能从半导体废水中同时沉淀多种金属离子，并提高微滤器的工作效率。

在微滤器的工作过程中有两个有关参数。一个参数是流量，其定义为被膜区域分隔开的净化后水的流量。在微滤过程中，一种表达方式是每天每平方英尺膜区域的纯净水的加仑数，或者GFD。另一种表达方式是渗透率，也就是流量除以横跨膜的压力(TMP)。渗透率实质上是“标准”通量，它考虑了系统内压力的变化。尽管通量和渗透率都可以用来描述水穿过膜的量，但是它们之间不可互变。另一种有关的参数是通过的固体量。一般来说，微滤器的用途是从大量溶液中分离液体和固体。由于微滤器有相当严格的滤芯最大通过微粒尺寸(大约在0.1-5.0微米范围内，这取决于生产方法)，因此，理论上只有大于上述最大微粒尺寸的颗粒才能被微滤器截留。然而，对所有膜过滤来说，总有一定量的固体会穿过膜。因此，随着初始进水浓度的增加，透水中的固体含量的绝对值也将增加。然而，穿过过滤器的物质百分数大体保持相同，除非膜坏了。

在许多工作过程中，微滤器常具有澄清器和介质过滤器的作用。这是因为它占地小，比传统工艺的工作速度快。因此，使微滤器保持良好的工作状况是非常重要的。微过滤过程遇到的主要问题是过滤器常被沾污或者被细小的固体堵塞。这将导致处理单元中通量降低，必须将其下线进行清洗。通过使用添加剂可提高微滤器的工作效率，因为添加剂能增加通量，并延长沾污的时间。由于增加通量能减少装置的工作时间，进而提高装置的总效率，所以人们希望增加通量。

因此，非常希望提供一种新的含有DTC官能团的水溶性聚合物，该聚合物不仅能有效地处理被金属沾污的废水，而且还具有其它希望的特性，例如产物的杂质含量低，易于生产，并能改进固/液分离性能。还希望提供一种利用这种聚合物，从含有研磨固体的半导体废水中，同时沉淀多种重金属离子，并由此提高微滤器工作效率的方法。

发明概述